RSL - Nervensystem 1

Es wird am Axonhügel (Ausgansseite) schlagartig ein Aktionspotenzial ausgelöst.

Alles-oder-Nichts-Prinzip

Frequenzmodulation

• Die Eingangsseite muss meist viele eingehende Signale zusammenführen und verarbeiten (integrieren). Dazu eignen sich fein abstufbare Signale am besten.

• Integrieren

• Signale über sehr weite Strecken sicher zu transportieren

• Dazu eignen sich die Aktionspotenziale

• Ruhezustand Ruhepotenzial
• Aktionszustand Aktionspotenzial

Im Ruhezustand ist das Membranpotenzial nicht gleich Null.

• Intrazellulär: -70 mV
• Extrazellulär: +70 mV

Durch die Konzentrationsunterschieden entstehen Diffusionskräfte, welche z.B. Kalium-Ionen (K+) nach extrazellulär und Natrium-Ionen (Na+) nach intrazellulär treiben. 

Da die permeabilität von K⁺-Ionen  im Ruhezustand 10x durchlässiger als für Na⁺-Ionen ist, strömen durch die Diffusionskraft viele K⁺-Ionen nach aussen, sodass sich dort positive Ladungen anhäufen. Im Zellineren entsteht ein Mangel an positiven Teilchen, sodass die negative Ladung überwiegt.
Eine elektrische Ladungsdifferenz, Ruhe(membran)potenzial genannt, ist entstanden und beträgt etwa -70 mV.

Der Ausstrum von K⁺-Ionen im Ruhezustand ist selbstregulierend: 
Der zunehmende negative Ladungsüberschuss an der Zellmembran-Innenseite wirkt schliesslich einem weiteren Ausstrom von K+ Ionen entgegen.
Da mit steigendem elktrischen Ungleichgewicht ein Kaliumrückstrom einsetzt.

Gleichgewichtspotenzial

Durch die Natrium-Kalium-Pumpe

• Depolarisation

• Natriumeinstrom dominierend

Hyperpolarisation

Sie verändern das Membranpotenzial ihrer Empfängerzelle

• Depolarisation
• Hyperpolarisation

Die meisten Nervenzellen habe beide Typen von Synapsen auf ihrem Dendritenbaum und fast immer werden beide Typen aktiviert.

Generatorpotenzial

• spezielle Na⁺-Ionenkanäle

• in der Membran vom Axonhügel und Axon 

Die Na+ Ionenkanäle des Axonhügels öffnen sich für ca. 1. Milisekunde.
Die geringe leitfähigkeit der Nervenzellmembran für Na+ Ionen nimmt explosionsartig um mehr als das 100-fache zu.

• + 30 mV

• Aktionspotenzial

• Um den Ruhezustand rasch wieder herzustellen, nimmt die Leitfähigkeit der Zellmembran für Na+ Ionen am Höhepunkt der Depolarisaiton rasch wieder ab
• Die Leitfähigkeit für K+ Ionen steigt für kurze Zeit sehr stark an > verstärkter Kalium Ausstrom
• nach einer Millisekunde überwiegt die negative Ladung membranninseitig wieder und das Ruhepotenzial ist wiederhergstellt.

Refraktärperiode, Refraktärzeit, Refraktärphase

Die Nervenzelle kann während der Refraktärzeit nicht erneut erregt werden

Die Na+ Ionenkanäle schliessen sich kurze Zeit nach Beginn des Aktionspotenzial selbständig und sind dann für eine gewisse Zeit nicht nicht aktivierbar.

• schützt die Nervenzelle vor einer Dauererregung
• ist eine weitere Grundlage für eine axionale Informationsweitergabe

Die Spannungsdifferenzen (Aktionspotenzial +30 mV und Ruhepontenzial -70 mV) führen zu einem Ionenstrom vom positiven in den negativen Bereich.

• Kontinuierliche Erregungsausbreitung
• Saltatorisch Erregungsausbreitung

• in marklosen Nervenfasern 
• 0.5 - 3 m/s verhältnismässig langsam
  Bei elektronischer Ausbreitung (kabelartig) muss an jeder Stelle der Axonmembran ein Aktionspotenzial entstehen, um die Signalstärke konstant zu halten.

• in markhaltige Nervenfasern
• 120 m/s sehr schnell
  Die Ionenströme fliessen mit geringstem Verlust von Schnürrig zu Schürring. Nur im Bereich der Einschnürungen wird die Zellmembran depolarisiert und ein Aktionspotenzial ausgelöst, das Potenzial springt also förmlich.

Synapsen

• Neurone mit Neurone
• Neurone mit Drüsenzellen
• Neurone mit quergestreifter Muskelzellen (motorische Endplatte)

• Präsynaptisches Neuron
  Vorausgeschaltetes Neuron mit präsynaptischen Endknöpfchen gefüllt mit Vesikeln und deren Neurotransmitter
• Synaptischer Spalt
  Gefüllt mit Extrazellulärflüssigkeit, 0.02 µm breit
• Postsynaptisches Neuron
  Nachgeschaltetes Neuron mit Rezeptoren für Neurotransmitter

elektrische Erregungsübertragung

Biochemische Erregungsübertragung, ist die häufigere

1. Erregung erreicht Endknöpfchen (Präsynapse)
2. Depolarisation der präsynaptischen Membran
3. Ca2+ Kanäle öffnen und Ca2+ strömt in Endknöpfchen
4. Verschmelzung der neurotransmitterhaltigen Vesikel mit der präsynaptischen Membran
5. Ausschüttung Neurotransmitter in Synaptischen Spalt (binnen 0.1 m/s auf postsynaptischen Membran)
6. Schlüssel-Schloss-Prinzip, öffnen Na+ Kanäle auf postsynaptischen Membran
7. Na+ Einstrom in Postsynpase
8. Auslösung Aktionspotenzial in postsynaptischen Neuron (postsynaptischen Potenzial)
9. Enzymatischer Abbau von Neurotransmitter und Rücktransport in die präsynaptischen Endknöpfchen

ATP, die Biochemische Erregungsübertragung kann nur unter ATP-Verbrauch stattfinden.

• kleine Molekühle
• grosse Bedeutung für die schnelle Erregungsübertragung im gesamten Nervensystem
• unabdingbar für die Steuerung vom Empfinden und Verhalten